Luận án TS: Đồng bộ tín hiệu đa sóng mang dưới tác động chuẩn dừng - ĐH Công nghệ Lê Văn Ninh

®¹i häc quèc gia hµ néi -------------- tr−êng §¹i häc c«ng nghÖ lª v¨n ninh ®ång bé tÝn hiÖu ®a sãng mang d−íi c¸c t¸c ®éng chuÈn dõng luËn ¸n tiÕn sÜ c«ng nghÖ ®iÖn tö viÔn th«ng Hµ Néi - 2006 ®¹i häc quèc gia hµ néi -------------- tr−êng §¹i häc c«ng nghÖ lª v¨n ninh ®ång bé tÝn hiÖu ®a sãng mang d−íi c¸c t¸c ®éng chuÈn dõng Chuyªn ngµnh : Kü thuËt viÔn th«ng M· sè : 62 52 70 05 luËn ¸n tiÕn sÜ c«ng nghÖ ®iÖn tö viÔn th«ng ng−êi h−íng dÉn khoa häc : 1. NguyÔn ViÕt KÝnh 2. TrÞnh Anh Vò Hµ Néi - 2006 danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t TTV TiÒn tè vßng ADSL Asymmetric Digital §−êng d©y thuª bao Subscriber Line sè kh«ng ®èi xøng AMPS Advanced Mobile Phone System HÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng tiªn tiÕn AWGN Additive White Gaussian ån Gauss tr¾ng céng tÝnh Noise BER Bit Error Rate TØ sè lçi bÝt BS Base Station Tr¹m ph¸t CIR Carrier-Interference Ratio TØ sè nhiÔu trªn sãng CP Cyclic Prefix mang TiÒn tè vßng DAB Digital Audio Broadcasting TruyÒn thanh sè DC Direct Current Thµnh phÇn mét chiÒu DFT Discrete Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier rêi DMT Discrete Multitone r¹c §a tÇn rêi r¹c DPSK Differential Phase Shift Keying §iÒu chÕ dÞch pha vi sai DSP Digital Signal Processing Xö lÝ tÝn hiÖu sè TruyÒn DVB-T Digital Video Broadcasting- h×nh sè mÆt ®Êt Terrestrial EKF Extended Kalman Filter Bé läc Kalman më réng FFT Fast Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier GSM Global System for Mobile nhanh HÖ thèng th«ng Communications tin di ®éng toµn cÇu ICI Intercarrier Interference NhiÔu gi÷a c¸c sãng IDFT Inverse Discrete Fourier mang BiÕn ®æi Fourier Transform rêi r¹c ng−îc iii IF Intermediate Frequency TÇn sè trung tÇn IFFT Inverse Fast Fourier Transform BiÕn ®æi Fourier rêi r¹c ng−îc nhanh ISI Intersymbol Interference NhiÔu gi÷a c¸c ký LO Local Oscillator hiÖu Bé dao ®éng t¹i LOS Line of Sight chç §−êng nh×n thÊy LPF Low Pass Filter Bé läc th«ng thÊp MMSE Minimum Mean Squared Error Lçi b×nh ph−¬ng trung b×nh tèi thiÓu MPSK M-ary Phase Shift Keying §iÒu chÕ dÞch pha nhiÒu møc MS Mobile Station NLOS Tr¹m di ®éng Non Line of Sight Kh«ng cã ®−êng nh×n OFDM Orthogonal Frequency thÊy GhÐp kªnh ph©n Division Multiplexing chia theo tÇn sè trùc giao PAM Pulse Amplitude Modulation §iÒu chÕ biªn ®é xung PBX Private Branch Exchange Tæng ®µi ®iÖn tho¹i nh¸nh riªng PCS Personal Communication System HÖ thèng th«ng tin c¸ nh©n PDC Personal Digital Cellular PSK HÖ thèng tÕ bµo sè c¸ Phase Shift Keying QAM Quadrature nh©n §iÒu chÕ dÞch pha Amplitude §iÒu chÕ biªn ®é Modulation cÇu ph−¬ng QPSK Quadrature Phase Shift Keying §iÒu chÕ dÞch pha cÇu rms root mean squared ph−¬ng C¨n qu©n RF Radio Frequency ph−¬ng TÇn sè Radio SIR Signal to Interference Ratio TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu iv SNIR Signal to Noise plus TØ lÖ tÝn hiÖu trªn ån Interference Ratio céng nhiÔu SNR Signal to Noise Ratio TØ sè tÝn hiÖu trªn SYNC Synchronization nhiÔu §ång bé VLSI Very Large Scale Integration M¹ch tÝch hîp rÊt lín WLAN Wireless Local Area Network M¹ng côc bé kh«ng WiMAX Worldwide Interoperability for d©y Kh¶ hîp thÕ giíi Microwave Access cho truy cËp vi sãng WMAN Wireless Metropolitan M¹ng diÖn réng kh«ng d©y Area Network ZF Zero Forcing C−ìng bøc kh«ng v Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ H×nh 1.1 Mét vÝ dô vÒ m« h×nh ®¸p øng xung thêi gian rêi r¹c thay ®æi theo thêi gian cho kªnh ®a ®−êng 9 H×nh 1.2 Phæ tÇn Doppler 13 H×nh 1.3 Cöa sæ FFT b¾t ®Çu tõ trong TTV cña ký hiÖu OFDM.4 Cöa sæ FFT b¾t ®Çu tõ trong chu kú h÷u Ých cña ký hiÖu OFDM 21 H×nh 1.5 Profile c«ng suÊt cña kªnh AWGN. 22 H×nh 16 §¸p øng biªn ®é cña kªnh AWGN.7 §¸p øng pha cña kªnh AWGN.8 Profile c«ng suÊt cña kªnh hai ®−êng.9 §¸p øng biªn ®é cña kªnh hai ®−êng.10 §¸p øng pha cña kªnh hai ®−êng.11 Profile c«ng suÊt cña kªnh ba ®−êng.12 §¸p øng biªn ®é cña kªnh ba ®−êng.13 §¸p øng pha cña kªnh ba ®−êng.1 S¬ ®å khèi m¸y ph¸t OFDM.2 S¬ ®å khèi m¸y thu OFDM.3 ICI sinh ra do lÖch tÇn sãng mang.4 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM víi ε = 0.5 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM víi ε = 0,025.6 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM víi ε = 0,05.7 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM víi ε = 0,3.8 Lçi thêi gian ký hiÖu lµm cho thêi gian b¾t ®Çu cña ký hiÖu OFDM r¬i vµo TTV vµ g©y ra lçi pha.9 Lçi thêi gian ký hiÖu lµm cho thêi gian b¾t ®Çu cña ký hiÖu OFDM r¬i vµo chu kú h÷u Ých g©y ra lçi pha vµ ISI.10 Quan hÖ c«ng suÊt tÝn hiÖu, ån vµ nhiÔu theo thêi gian ký hiÖu.1 HÖ thèng OFDM truyÒn dÉn c¸c khèi sè liÖu phøc cã chiÒu dµi N víi tiÒn tè vßng cã chiÒu dµi L.2 Bé ®ång bé cña O&M.3 Bé −íc l−îng tÇn sè sãng mang.4 BER/SNR cho ph−¬ng ph¸p ®ång bé tÇn sè sãng mang cña Marco Luis.5 CÊu tróc cña ký hiÖu OFDM víi tiÒn tè vßng cã ®é dµi L .6 §å thÞ gi¸ trÞ hµm t−¬ng quan cña ph−¬ng ph¸p J.

van de Beek.7 BER/SNR cña ph−¬ng ph¸p ®ång bé sö dông tiÒn tè vßng (kh«ng cã ®a ®−êng).9 So s¸nh hÖ sè ICI cña hÖ thèng OFDM tiªu chuÈn vµ ®iÒu chÕ tù lo¹i trõ ICI.10 CIR ®−îc c¶i thiÖn nhê sö dông ®iÒu chÕ tù lo¹i trõ ICI.11 TØ lÖ lçi bÝt cña hÖ thèng OFDM sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ tù lo¹i trõ ICI ®Ó ®ång bé tÇn sè sãng mang (kh«ng cã ®a ®−êng).12 M« h×nh lÖch tÇn sãng mang.13 BER/SNR cña ph−¬ng ph¸p ®ång bé sö dông bé läc Kalman (kh«ng cã ®a ®−êng).1 M« t¶ c¸c thµnh phÇn trong tÝn hiÖu ®a ®−êng.2 Gi¸ trÞ hµm t−¬ng quan khi kh«ng cã ®a ®−êng tèt h¬n so víi khi cã ®a ®−êng (®é trÔ lµ 60 mÉu).3 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM khi cã lÖch tÇn nhá (ε =0,03) víi 3 thµnh phÇn ®a ®−êng, ®é trÔ 30 mÉu.4 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM khi cã lÖch tÇn lín (ε =0,1) víi 3 thµnh phÇn ®a ®−êng, ®é trÔ 30 mÉu.5 Chßm sao tÝn hiÖu OFDM khi cã lÖch tÇn lín (ε =0,1) ®−îc ®ång bé tÇn sè sãng mang (víi 3 thµnh phÇn ®a ®−êng, ®é trÔ 30 mÉu).6 BER/SNR khi trÔ ®a ®−êng kh«ng ®æi (30 mÉu) vµ cã ®iÒu chØnh sím thêi gian ký hiÖu b»ng ®é dµi kªnh lµ 30 mÉu.7 §Ønh t−¬ng quan øng víi c¸c ®é trÔ ®a ®−êng kh¸c nhau.8 Lçi thêi gian t¨ng theo ®é trÔ ®a ®−êng.9 §é lÖch chuÈn tÇn sè sãng mang t¨ng theo ®é trÔ ®a ®−êng.10 Sù phô thuéc chÊt l−îng hÖ thèng vµo tÇn sè Doppler .11 Lçi thêi gian ký hiÖu ISI. Chu kú ký hiÖu ®−îc chän sím d ≤ Lh .12 Lçi thêi gian ký hiÖu t¨ng theo ®é trÔ ®a ®−êng.13 BER/Multipath delay øng víi c¸c tr−êng hîp ®iÒu chØnh thêi gian ký hiÖu vµ kh«ng ®iÒu chØnh thêi gian ký hiÖu.14 §é lÖch chuÈn tÇn sè sãng mang t¨ng theo ®é trÔ 82 ®a ®−êng.15 ISI do ®iÒu chØnh qu¸ sím thêi gian ký hiÖu.16 §é lÖch chuÈn tÇn sè sãng mang cña ph−¬ng ph¸p 87 tiÒn tè vßng t¨ng theo ®é trÔ ®a ®−êng.17 ChÊt l−îng hÖ thèng thay ®æi cho sè thµnh phÇn ®a 87 ®−êng kh¸c nhau (3 vµ 10 thµnh phÇn ®a ®−êng).18 So s¸nh BER/multipath delay cho hai ph−¬ng ph¸p 88 tæng hîp vµ ph−¬ng ph¸p tiÒn tè vßng.19 BER/SNR khi truyÒn tÝn hiÖu 16-QAM øng víi hai ®é trÔ ®a ®−êng 50 vµ 100 mÉu.20 ChÊt l−îng hÖ thèng thay ®æi theo ®é lín cña lÖch tÇn sãng mang : 0,12 vµ 0,3 kho¶ng c¸ch sãng mang con (3 thµnh phÇn ®a ®−êng).21 ChÊt l−îng hÖ thèng thay ®æi theo ®é lín cña lÖch tÇn sãng mang : 0,12 vµ 0,3 kháang c¸ch sãng mang con (10 thµnh phÇn ®a ®−êng).22 Gi¶n ®å t−¬ng quan khi sö dông tiÒn tè vßng truyÒn thèng.23 CÊu tróc tiÒn tè vßng míi.24 Gi¶n ®å t−¬ng quan khi sö dông tiÒn tè vßng míi.25 Lçi thêi gian ký hiÖu t¨ng theo ®é trÔ ®a ®−êng.26 §é lÖch chuÈn tÇn sè sãng mang cho ph−¬ng ph¸p tiÒn tè vßng truyÒn thèng vµ tiÒn tè vßng míi lµ nh− nhau.27 Ba m« h×nh biªn ®é cho ®é lÖch chuÈn tÇn sè sãng mang gÇn nh− nhau.28 BER/Multipath delay cña hÖ thèng ®ång bé b»ng tiÒn tè vßng truyÒn thèng vµ tiÒn tè vßng míi.29 BER/SNR cho hÖ thèng sö dông tiÒn tè vßng truyÒn thèng vµ tiÒn tè vßng míi lµ nh− nhau khi ®é trÔ ®a ®−êng nhá (50 mÉu).30 BER/SNR cho hÖ thèng sö dông tiÒn tè vßng míi cho chÊt l−îng tèt h¬n khi ®é trÔ ®a ®−êng lín (100 mÉu). 98 ix Môc lôc Trang Trang phô b×a Lêi cam ®oan i Lêi c¶m ¬n ii Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t iii Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ vi Môc lôc x Më ®Çu 1 Ch−¬ng 1 – th«ng tin qua kªnh v« tuyÕn 6 1.1 §¸p øng xung cña kªnh ®a ®−êng 8 1.2 C¸c tham sè cña kªnh ®a ®−êng di ®éng 10 1.1 C¸c tham sè ph©n t¸n theo thêi gian 10 1.3 Tr¶i Doppler vµ thêi gian kÕt hîp 12 1.3 C¸c lo¹i pha ®ing qui m« nhá 15 1.1 Pha ®ing do tr¶i trÔ ®a ®−êng 15 1.2 Pha ®ing do tr¶i Doppler 17 1.4 Ph©n bè h×nh bao tÝn hiÖu 18 1.1 Ph©n bè Rayleigh 18 1.2 Ph©n bè Rice 19 1.5 ¶nh h−ëng cña ®a ®−êng ®Õn tÝn hiÖu OFDM 20 1.6 C¸c m« h×nh kªnh sö dông trong m« pháng 21 1.7 KÕt luËn ch−¬ng 1 27 x TruyÒn th«ng b»ng OFDM Ch−¬ng 2 - 28 2.2 TruyÒn dÉn ®a sãng mang b¨ng c¬ b¶n 29 2.3 TruyÒn dÉn ®a sãng mang th«ng d¶i 31 2.4 Vai trß cña kªnh vµ ¶nh h−ëng tíi truyÒn dÉn ®a sãng mang 34 2.1 Sè sãng mang con 34 2.2 TiÒn tè vßng 35 2.1 ¶nh h−ëng cña sù mÊt trùc giao gi÷a c¸c sãng mang con vu«ng pha 38 2.2 HiÖu øng lÖch tÇn sè sãng mang 40 2.3 ¶nh h−ëng cña lçi ®Þnh thêi ký hiÖu 43 2.4 ¶nh h−ëng cña c¸c lçi ®ång hå lÊy mÉu 46 2.6 KÕt luËn ch−¬ng 2 48 Ch−¬ng 3 - VÊn ®Ò ®ång bé thêi gian ký hiÖu vµ tÇn sè sãng mang 49 3.2 C¸c ph−¬ng ph¸p ®ång bé mï 50 3.1 Ph−¬ng ph¸p ®ång bé tÇn sãng mang b»ng xö lý phi tuyÕn 50 3.2 Ph−¬ng ph¸p ®ång bé thêi gian ký hiÖu vµ tÇn sè sãng mang sö dông tiÒn tè vßng 55 xi 3.3 C¸c ph−¬ng ph¸p ®ång bé cã sù hç trî cña ký hiÖu huÊn luyÖn 60 3.1 §ång bé tÇn sè sãng mang b»ng c¸ch ®iÒu chÕ tù lo¹i trõ ICI 60 3.2 §ång bé tÇn sè sãng mang cã pilot sö dông bé läc Kalman 64 3.4 KÕt luËn ch−¬ng 3 68 Ch−¬ng 4 - N©ng cao chÊt l−îng cña ph−¬ng ph¸p ®ång bé thêi gian ký hiÖu vµ tÇn sè sãng mang sö dông tiÒn tè vßng 70 4.1 Kh¾c phôc ISI b»ng c¸ch chän sím thêi gian ký hiÖu mét kho¶ng thêi gian b»ng ®é dµi ®¸p øng xung cña kªnh 78 4.2 §ång bé thêi gian ký hiÖu vµ tÇn sè sãng mang tæng hîp 83 4.